에너지 기업인 ‘플라워 터빈(Flower Turbines)’이 선보인 풍력발전기의 모양은 독특합니다. 튤립 꽃잎 두 장이 서로 마주 본 것 같은 형태인데요. 꽃잎 사이의 틈으로 바람이 흐르면 회전해 전력을 생산하는 방식이죠. 크기도 1~6m로 작은 편이며, 색깔도 화려해 도시 미관을 향상시킬 장식물로도 활용될 수 있는데요. 이처럼 전통적인 풍력발전기 디자인에서 벗어나려는 시도가 이어지고 있단 소식!

 

© 튤립 모양의 풍력 발전기_Flower Turbines, 홈페이지

잠깐만! 전통적인 풍력발전기 디자인이 뭔데? 🤫

바람이 날개를 회전하면, 이를 전기에너지로 전환하는 풍력발전기. 발전기는 크게 날개와 회전축으로 구성된 기계부, 발전기와 전력안정장치로 이뤄진 전기부, 원격제어와 모니터링이 가능한 제어부로 구성돼 있죠. 오늘날 풍력발전기는 형태에 따라 수평형과 수직형으로 분류되는데요. 일반적으로 수평형 풍력발전기를 ‘전통형 모형’이라 부른다고 해요.

  • 수평형 풍력발전기 ⚡: 우리가 흔히 아는 바람개비 모형인데요. 설치 및 운영 비용은 저렴하고, 에너지는 비교적 고효율인 것이 장점이죠. 다만, 소음이 심하고 바람의 영향을 많이 받는다고.
  • 수직형 풍력발전기 ⚡: 풍향변화에 크게 영향받지 않고, 저소음이란 장점이 있는데요. 다만, 설치 비용이 많이 들고 수평형 발전기에 비해 효율이 떨어진다고.

 

왜 디자인을 바꾸려는 거야? 🙄

풍력발전기는 보통 30층 빌딩 정도 높이. 회전날개 하나만 대형 제트여객기 날개 정도의 크기인데요. 이 거대한 날개가 돌며 만드는 진동과 소음으로 인해 지역주민이 꺼릴뿐더러, 새들이 부딪혀 죽어가는 것이 계속 문제로 제기돼 왔죠. 실제로 올해 영국 왕국조류보호협회는 북해에 건설하기로 한 해상풍력발전단지가 주요 바닷새 서식지에서 멀지 않다며 문제를 제기했는데요. 여기에 풍력발전기를 설치할 부지 부족 문제도 얽히며, 전통적 풍력발전기 디자인을 바꾸려 하는 것이죠.

 

+ 조류 보호를 위해 날개 터빈에 검은색을 칠해? 🖤
노르웨이 서부 해안지대의 육상풍력발전단지에서 시험을 했는데요. 흰색 풍력 터빈 날개를 검은색으로 칠한 뒤, 8년간(2006~2013년) 관찰한 것인데요. 그 결과, 조류 사망률이 70% 줄었다고 합니다.

 

© 날개 없는 풍력발전기가 바람에 흔들리는 모습_Vortex Bladeless, 홈페이지

그래서 어떤 획기적인 사례가 있어? 🤔

앞서 소개한 플라워 터빈처럼 주변 환경을 고려하되, 소음과 진동을 최소화하는 디자인도 있고요. 최근에는 아예 풍력발전기 날개를 없애거나, 바람이 안 불어도 전력 생산이 가능한 기술도 등장했죠. 위 사례들을 구체적으로 설명하면.

  • 날개 없는 풍력 발전 💨: 스페인 소재 ‘보텍스 블레이드리스(Vortex Bladeless)’란 스타트업이 개발했는데요. 원기둥 안에 탄성을 지닌 막대 형태의 실린더가 고정돼 있다고. 바람이 불면 이 실린더가 진동하면서 전기를 생성하는 방식인데요. 와류 방출(Vortex Shedding)이라 불리는 소용돌이 현상이 적용된 것이라고. 날개 없는 풍력발전은 조류를 포함한 생태계에 별다른 영향을 주지 않고, 소음도 인간의 귀로는 감지할 수 없을 정도로 작은 수준이라 합니다. 다만, 기존 수직형 풍력발전기와 비교해 에너지 발전 효율이 70~85% 정도인데요. 보텍스 측은 새로운 디자인이 제조 비용을 53%, 발전기 유지비용을 80%까지 줄여줄 수 있으며 작은 마을이나 가정에서는 설치가 쉬움을 강조합니다.
  • 물레방아형 풍력 발전 💨: ‘알파311(Alpha 311)’이란 영국 스타트업이 개발한 68cm 소형 풍력발전기 이야기인데요. 바람이 없을 때도 자동차나 기차 등 교통수단이 일으키는 바람에 회전이 가능하다고. 물레방아처럼 생긴 이 발전기는 현재 런던 시내에 있는 유명 실내 경기장에 설치됐는데요. 한 대당 하루 약 6kWh의 전력을 생산하는데, 이는 한 가정이 평균 이틀 정도 사용 가능한 양이라고. 특히, 고속도로 가로등 등 기존 인프라 시설에 설치될 수 있는 것이 이점이라 합니다.
  • 하늘을 나는 풍력 발전 💨: 연이나 글라이더 혹은 비행선을 하늘에 날려 전기를 생산하는 방식이에요. ‘암픽스 파워(Ampyx Power)’란 네덜란드 기업이 개발한 공중풍력발전기 파워글레인은 자동운전이 가능한 글라이더인데요. 300~600m 고도를 비행하며, 풍력을 에너지로 변환한다고. 이때 에너지는 글라이더와 연결된 케이블을 통해 지상의 발전기로 전달되는 방식인데요. 2019년 바람이 강한 북해 인근 해역에서 성공적으로 시범 운영을 마쳤다고 합니다. 업체 측에 의하면 기존 방식보다 전력 생산에 필요한 자원과 비용 모두 적게 들며, 바닥이 아닌 부표 위에 고정할 수 있어 수심이 깊은 바다에서도 문제 없이 운용할 수 있다고 합니다. 이밖에도 ‘스카이세일즈(SkySails)’란 독일 기업은 400m 고도에 대형 연을 날려 전력을 생산하려 연구 중이란 사실!

 

+ 물론 거쳐나갈 난관이 많은 것! 🙄
지난 수십년 동안 혁신적인 디자인과 기술을 갖춘 풍력발전기 모델이 수백 개 이상은 나왔는데요. 대다수가 에너지 효율성과 경제성이 낮단 이유로 실현되지 못했죠. 실례로 2013년 구글에 인수돼 화제를 모은 ‘마카니 파워(Makani Power)’의 경우 기존 터빈과 비교해 10분의 1에 불과한 에너지만 생산해 지난해 결국 사업을 접은 바 있죠. 그러나 최근에는 에너지 효율성도 높이고, 풍력 발전 설치에 들어가는 자원도 최소화하기 위한 시도가 계속 이어지고 있단 것은 분명하단 점.